半导体及后摩尔新材料太赫兹发射光谱

立足底层技术，贯通THz发射光谱“理论-实验-应用”全链条
系统梳理THz 发射光谱近半个世纪以来的技术发展历程
阐释THz发射光谱物理原理与技术演进，涵盖极化电流、磁偶极子辐射等核心机制
提供芯片在线无损检测新方案，赋能集成电路、量子信息、材料工程等

本书聚焦半导体材料和后摩尔新材料的太赫兹（THz）发射光谱技术，介绍THz发射光谱技术的原理、发展进程以及系统应用，展示 THz 发射光谱技术应用于集成电路领域的巨大价值，旨在为实现集成电路先进制程提供技术支撑和解决问题的思路。

本书主要内容包括半导体THz发射光谱起源、光学THz发射光谱物理基础、光学THz辐射实验技术、Ⅲ-Ⅴ族半导体驱动THz辐射、二维材料THz辐射、拓扑量子材料THz辐射、磁性材料THz辐射和激光THz发射显微镜。

本书主要面向物理学、化学、材料科学等领域的科研人员、研究生，以及对THz技术感兴趣的读者。

吴晓君
北京航空航天大学教授、博士生导师，德国洪堡学 者，美国光学学会会士（Optica Fellow），国 家级青年人才，青年北京学 者。主要从事高能强场太赫兹光源辐射理论、关键技术及应用研究工作，以第 一作者或通信作者身份在Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials等SCI收录期刊发表论文80余篇，在国内外重要学术会议做大会报告40余次。获得国际红外毫米波太赫兹学会女科 学家奖、第 一届超快科学全球女科 学家奖、第 一届中国科技青年论坛一等奖和总论坛最高奖“科技新星奖”等荣誉和奖励。

第 1章 半导体THz发射光谱起源 1

1.1 引言 1

1.2 GaAs辐射THz波 3

1.3 Auston天线辐射THz波 4

1.4 半导体THz波探测 5

1.5 THz发射光谱 9

1.6 本章小结 11

参考文献 11

第 2章 光学THz发射光谱物理基础 13

2.1 引言 13

2.2 飞秒激光泵浦THz发射光谱物理基础 13

2.2.1 极化电流产生THz辐射 15

2.2.2 传导电流产生THz辐射 17

2.2.3 磁偶极子产生THz辐射 18

2.3 光学拍频THz发射光谱物理基础 19

2.4 本章小结 26

参考文献 26

第3章 光学THz辐射实验技术 28

3.1 引言 28

3.2 飞秒激光泵浦THz时域光谱技术 28

3.2.1 飞秒激光器 29

3.2.2 传输光路 39

3.2.3 收集装置 41

3.2.4 探测模块 42

3.3 DFB激光器拍频THz频域光谱技术 51

3.3.1 THz-FDS系统原理 52

3.3.2 运用THz-FDS实现天线集成的硅等离子体石墨烯亚THz发射器 55

3.4 本章小结 61

参考文献 61

第4章 Ⅲ-Ⅴ族半导体驱动THz辐射 63

4.1 薄膜调控GaAs辐射THz波 63

4.2 十八硫醇钝化半绝缘GaAs表面的THz辐射特性 68

4.3 本章小结 74

参考文献 74

第5章 二维材料THz辐射 76

5.1 引言 76

5.2 二维半导体材料THz辐射 76

5.3 二维磁性材料与拓扑绝缘体异质结THz辐射 84

5.4 二维磁性材料与反铁磁异质结THz辐射 91

5.5 本章小结 98

参考文献 98

第6章 拓扑量子材料THz辐射 100

6.1 引言 100

6.2 拓扑绝缘体的性质表征 100

6.3 拓扑绝缘体反射式THz发射光谱 103

6.3.1 THz辐射常用手段 103

6.3.2 THz辐射来源 105

6.3.3 拓扑绝缘体THz辐射实验结果 107

6.3.4 GaAs与拓扑绝缘体THz辐射对比 111

6.4 线偏振激光激发下的拓扑绝缘体透射式THz发射光谱 112

6.4.1 线偏振激光入射实验 112

6.4.2 表面电流推导 116

6.4.3 理论分析 117

6.5 椭圆偏振激光激发下的拓扑绝缘体透射式THz发射光谱 120

6.5.1 椭圆偏振激光激发THz辐射的实验条件 120

6.5.2 实验结果 121

6.5.3 结果分析 123

6.6 本章小结 131

参考文献 131

第7章 磁性材料THz辐射 133

7.1 引言 133

7.2 铁磁/重金属异质结 134

7.2.1 基于逆自旋霍尔效应的THz辐射 134

7.2.2 飞秒激光双泵浦磁性纳米薄膜 136

7.2.3 基于磁性纳米薄膜的圆偏振可调控的THz波 138

7.2.4 表面等离激元效应增强磁性薄膜THz发射器 140

7.3 反铁磁/铁磁异质结 142

7.4 本章小结 150

参考文献 150

第8章 激光THz发射显微镜 152

8.1 引言 152

8.2 微米尺度激光THz发射显微镜 153

8.2.1 LTEM基本原理 153

8.2.2 LTEM系统结构 155

8.2.3 LTEM应用实例 157

8.3 激光THz发射纳米显微镜 159

8.3.1 LTEN系统 159

8.3.2 近场系统分析模型 160

8.3.3 高阶信号提取原理 162

8.3.4 应用实例 163

8.4 本章小结 169

参考文献 169